TW202320429A - 密封件及其製造與使用方法 - Google Patents

Abstract

本揭露係涉及一種密封件，該密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之一者在該環形凹部內；其中該第一唇上的徑向偏置力與該第二唇上的徑向偏置力解耦。

Description

密封件及其製造與使用方法

本揭露涉及密封件，並且更具體地涉及環形密封件，或適於設置在壓力條件下之密封件。

密封件用於將流體 (液體、氣體、漿液等) 彼此隔離之環境中。通常，這些密封件可包括在高壓條件或振動下反复壓縮和膨脹的彈簧。通常，這些彈簧可能隨時間的推移斷裂，從而導致整體密封件在使用中變得不起作用。本行業對能夠承受高壓和高振動條件，同時隨時間的推移保持工作效能的改進之密封件有持續需求。

本文的實施例可以包括一種密封件，該密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；以及軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；其中，第一唇上的徑向偏置力與第二唇上的徑向偏置力解耦。

本文的實施例可包括一種密封組件，該密封組件包括：軸；殼體；以及密封件，該密封件徑向設置在軸與殼體之間，密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；其中，第一唇上的徑向偏置力與第二唇上的徑向偏置力解耦。

本文的實施例可以包括一種密封件，該密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；以及插入件，該插入件鄰近第一唇和第二唇中之另一者設置在環形凹部內。

以下說明結合圖式，用以輔助理解本文所揭示的教示。以下討論將著重於教示的特定實施方式和實施例。其焦點係用於輔助描述實施例，並且不應將其解釋為對本申請中揭示之教示的範圍或適用性的限制。然而，其他實施例可基於本申請揭示之教示使用之。

用語「包含/包括」(comprises/comprising/includes/including)、「具有」(has/having) 或任何彼等之其他變體，係意欲涵蓋非排除性含括 (non-exclusive inclusion)。例如，包含一系列特徵之方法、物件或設備不一定僅限於該些特徵，而是可包括未明確列出或此方法、物件或設備固有的其他特徵。進一步地，除非有相反的明確提及，否則「或」(or) 係指包含性的或 (inclusive-or) 而非互斥性的或 (exclusive-or)。例如，條件 A 或 B 滿足下列任一者：A 為真（或存在）且 B 為假（或不存在）、A 為假（或不存在）且 B 為真（或存在）、以及 A 和 B 均為真（或存在）。

又，「一」(a/an) 的使用係經利用來描述本文中所述之元件和組件。這僅係為方便起見且為給出本發明範圍的一般含義。除非係明確意指其他意涵，否則此描述應該被理解為包括一者、至少一者，或單數也包括複數，或反之亦然。例如，當本文中所述者係單一項目時，可使用多於一個項目來替代單一項目。類似地，若本文中所述者係多於一個項目時，單一項目可取代多於一個項目。

除非另外定義，否則本文使用的所有技術和科學術語的含意與本發明所屬領域的通常知識者理解的含義相同。該等材料、方法及實施例僅是說明性的而非限制性的。在本文未描述的範圍內，關於特定材料和加工動作的許多細節是常用的，並且可以在密封領域內的教科書和其他來源中找到。

首先參考圖 1A，根據本文描述的一些實施例的密封件 100 通常可以包括護套 102、彈簧 108 和 插入件 122。護套 102 可包括主體 104，該主體具有限定環形凹部 106 的跟部 116、第一唇 112 和第二唇緣 114。在許多實施例中，彈簧 108 可設置於環形凹部 106 內。此外，在許多實施例中，插入件 122 可設置於環形凹部 106 內。

在諸如在高壓應用中表現出的加載條件時，彈簧 108 可以在密封件 100 的軸向方向或徑向方向中之至少一者上變形，以便接觸或甚至推壓護套 102 之唇 112、114。此外，插入件 122 可在軸向方向或徑向方向中之至少一者上變形，以便接觸或甚至推壓護套 102 之另一唇 112、114。因此，唇 112、114 可以在組件內分別對相鄰的第一構件和第二構件提供向外的力。同時，在第一構件與第二構件之間壓縮的唇 112 和唇 114 可以在橫向於密封件 100 之軸向高度的方向上使彈簧 108 和插入件 122 偏置，從而通常產生四個偏置力方向、兩個向內軸向力和兩個相反的向外軸向力。由彈簧 108 在任一唇 112、114 上提供的力可與由插入件在另一唇 112、114 上提供的力不同。因此，任一唇 112、114 上的力可與另一唇 112、114 上的力解耦。換言之，每個唇 112、114 可以在組件內獨立於另一唇而偏置。此外，由於插入件 122 與密封件 100 的其他部件之間的空隙，彈簧 108 可能被隔離並且不會比其初始安裝條件更多地壓縮和受力，從而減少疲勞失效。需注意，在特定應用中，所描述之偏置力可間接地加載在彈簧上。此外，彈簧 108 可在比常規彈簧更寬的溫度和壓力範圍內工作。

密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可由密封領域中之任何合適的材料形成。在特定實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可至少部分地包括聚合物。聚合物可選自包括以下之群組：聚酮、聚芳醯胺、聚苯硫醚、聚醚碸、聚苯碸、聚醯胺醯亞胺、超高分子量聚乙烯、氟聚合物、聚苯并咪唑、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚丙烯 (PP)、聚碳酸酯 (PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯 (PET)、聚醯亞胺 (PI)、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮 (PEEK)、聚乙烯 (PE)、聚碸、聚醯胺 (PA)、聚苯醚、聚苯硫醚 (PPS)、聚氨酯、聚酯、液晶聚合物 (LCP) 或其任意組合。聚合物可以為熱塑性聚合物或熱固性聚合物。在一實施例中，護套 102 可包含或甚至基本上由氟聚合物組成。例示性氟聚合物包括聚四氟乙烯 (PTFE)、聚醚醚酮 (PEEK)、聚醯亞胺 (PI)、聚醯胺醯亞胺 (PAI)、氟化乙烯丙烯 (FEP)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)、全氟烷氧基 (PFA)、四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物 (THV)、聚三氟氯乙烯 (PCTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物 (ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物 (ECTFE) 或其任意組合。其他氟聚合物、聚合物和共混物可包含在護套 102 之組成物中。在另一特定實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可至少部分地包含或甚至基本上由聚乙烯 (PE) 諸如超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 組成。在另一特定實施例中，密封件 100 (包括護套 102 或增力器 108 中的至少一者) 可包含熱塑性彈性體烴嵌段共聚物、聚醚酯嵌段共聚物、熱塑性聚醯胺彈性體、熱塑性聚氨酯彈性體、熱塑性聚烯烴彈性體、熱塑性硫化橡膠、烯烴基共聚物、烯烴基三元共聚物、聚烯烴塑性體或其組合。在一實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中的至少一者) 可包含苯乙烯基嵌段共聚物 (諸如苯乙烯丁二烯、苯乙烯異戊二烯、其共混物或混合物)、其混合物等。例示性苯乙烯類熱塑性彈性體包括三嵌段苯乙烯類嵌段共聚物 (SBC)，諸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯 (SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯 (SIS)、苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯 (SEBS)、苯乙烯-乙烯丙烯-苯乙烯 (SEPS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯 (SEEBS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯 (SEEPS)、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯 (SIBS) 或其組合。商業實例包括某些等級的 Kraton ^TM樹脂和 Hybrar ^TM樹脂。在一實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中的至少一者) 可包含彈性體，該彈性體包括丁腈橡膠 (NBR)、羧基化丁腈橡膠 (XNBR)、乙烯丙烯酸酯橡膠 (AEM、Vamac®)、乙丙橡膠 (EPR、EPDM)、丁基橡膠 (IIR)、氯丁橡膠 (CR)、氟橡膠 (FKM、FPM)、氟矽橡膠 (FVMQ)、氫化丁腈橡膠 (HNBR)、全氟橡膠 (FFKM)、聚丙烯酸酯橡膠 (ACM)、聚氨酯橡膠 (AU、EU)、矽橡膠 (Q、MQ、VMQ、PVMQ)、四氟乙烯丙烯橡膠 (AFLAS®) (FEPM)。

在一實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可以用潤滑材料處理、浸漬、填充或塗覆。例示性潤滑材料包括二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、石墨烯、膨脹石墨、氮化硼、滑石、氟化鈣或其任意組合。另外，潤滑材料可包括氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、雲母、矽灰石、碳化矽、氮化矽、二氧化鋯、碳黑、顏料或其任何組合。

在一實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可至少部分地包含金屬。根據某些實施例，該金屬可包括鐵、銅、鈦、錫、鋁、其合金，或可為另一種類型的金屬。在一實施例中，密封件 100 (包括護套 102、彈簧 108 或插入件 122 中之至少一者) 可包含金屬 (諸如鋁、鋅、銅、鎂、錫、鉑、鈦、鎢、鐵、青銅、鋼、彈簧鋼、不銹鋼)、金屬合金 (包含所列金屬)、陽極氧化金屬 (包括所列金屬) 或其任意組合。

密封件 100 可具有介於 0.254 mm 與 25,000 mm 之間的內徑。密封件 100 可具有介於 0.5 mm 與 40,000 mm 之間的外徑。密封件 100 可具有介於 0.24 mm 與 40,000 mm 之間的高度。

如上所述，密封件 100 可包括護套 102。護套 102 可包括限定環形凹部 106 的複數個唇 112、114。在特定情況下，唇 112 和唇 114 可從主體 104 之跟部 116 延伸。在特定實施例中，唇 112 和唇 114 可從跟部 116 在相對於彼此大致相同的方向上延伸。在一實施例中，第一唇 112 可徑向地位於第二唇 114 之外部。在另一特定實施例中，唇 112 和唇 114 可相對於彼此平行地延伸。在可選實施例中，唇 112 和唇 114 中之一者或兩者可包括切削唇 (未示出)，該切削唇適於提供用於密封研磨或粘性材料或環境成分 (諸如污垢、碎屑和環境流體) 的刮削界面。在特定實施例中，跟部 116 可包括凸緣 (未示出)，該凸緣可固定到硬件 (例如，閥殼或軸) 以防止密封件 100 在組件內相對於硬件轉動。

在一實施例中，唇 112 和唇 114 中之至少一者可以為從跟部 116 延伸的大致平面狀。在一實施例中，唇 112 和唇 114 中之至少一者可包括從相應的唇 112 或唇 114 在遠離環形凹部 106 的方向上向外延伸的徑向凸起 115。徑向凸起可圍繞密封件 100 之整個圓周延伸。與上文描述之切削唇類似，徑向凸起可防止材料進出，同時表現出較低之摩擦阻力。在另一實施例中，唇 112 或唇 114 中之一者可包括切削唇並且另一唇 112 或 114 可包括徑向凸起。

如圖所示，在安裝彈簧 108 之後，護套 102 之唇 112 和唇 114 可向外彎曲。在安裝彈簧 108 之後，唇 112 和唇 114 中之至少一者可如在橫截面中所見呈弓形，由彈簧 108 或插入件 122 提供的徑向偏置力向外偏置。在安裝彈簧 108 之後，唇 112 和唇 114 中之至少一者可如在橫截面中所見呈直線形或平面狀，由彈簧 108 或插入件 122 提供的徑向偏置力向外偏置。

在一實施例中，第一唇 112 或第二唇 114 中之至少一者可以包括徑向定向的凸緣 121、123。在一些實施例中，徑向定向的凸緣 121、123 可如在橫截面中所見呈弓形。在一些實施例中，徑向定向的凸緣 121、123 可如在橫截面中所見呈直線形或平面狀。徑向定向的凸緣 121、123 可包括位於環形凹部 106 內在凸緣 121、123 內側上的徑向邊緣。

在一實施例中，跟部 116 可具有如在密封件 100 之軸向方向上所測量的與唇 112 和唇 114 在徑向方向上的厚度大致相同的厚度。在另一實施例中，跟部 116 可具有延伸厚度。即，跟部 116 可具有如從環形凹部 106 到護套 102 之後表面 118 所測量的長度，該長度為彈簧 108 之直徑的至少 20%，諸如彈簧之直徑的至少 30%，彈簧之直徑的至少 40%，彈簧之直徑的至少 50%，彈簧之直徑的至少 60%，彈簧之直徑的至少 70%，彈簧之直徑的至少 80%，彈簧之直徑的至少 90%，或甚至彈簧之直徑的至少 100%。在另一實施例中，跟部 116 可具有不大於彈簧之直徑的 1000% 的長度。

在一實施例中，密封件 100 之後表面 118 通常可以呈直線形或平面狀。即，後表面 118 可大體上沿具有最小表面起伏和偏差的平面。在更特定實施例中，護套 102 之後表面 118 可以呈平面狀。如下文所更詳細描述，呈平面狀或大致平面狀的後表面 118 可促進相鄰密封件之間的改進接觸，從而提供更好的密封特性。

如圖 1A 所示，彈簧 108 可以至少部分地設置在護套 102 之環形凹部 106 內。彈簧 108 可以為位於護套 102 之環形凹部 106 中的軸向定向的彈簧。在一實施例中，彈簧 108 可以沿、鄰近或直接鄰近第一唇 112 設置。在一實施例中，彈簧 108 可以沿、鄰近或直接鄰近第二唇 114 設置。

在一實施例中，如圖 1A 所示，彈簧 108 可以為軸向定向在護套 102 之凹部 106 內的彈簧。在一實施例中，彈簧 108 可具有小於環形凹部 106 之深度的 150%，諸如小於環形凹部 106 之深度的100%，或甚至小於環形凹部 106 之深度的 75% 的直徑。在一實施例中，彈簧 108 之直徑可不小於環形凹部 106 之深度的 10%。

彈簧 108 可如在橫截面中所見呈弓形。在一些實施例中，彈簧 108 可如在橫截面中所見呈直線形或平面狀。如圖 1A 所示，彈簧 108 可以接觸護套 102 之唇 112、114 中之至少一者。在一實施例中，彈簧 108 可在軸向方向上基本上接觸唇 112、114 中之至少一者的全部。在一實施例中，彈簧 108 可接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者。如圖 1A 所示，彈簧 108 可基本上接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者的全部。彈簧 108 可接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者的內軸向邊緣。

如在本文描述的至少一實施例中所設想，彈簧 108 可包括形成為具有複數個線圈的螺旋彈簧的一段材料。在一實施例中，彈簧 108 可包括至少 2 個線圈，諸如至少 3 個線圈、至少 4 個線圈、至少 5 個線圈、至少 10 個線圈、至少 100 個線圈、至少 200 個線圈、至少 300 個線圈、至少 400 個線圈、至少 500 個線圈、或甚至至少 1000 個線圈。形成彈簧 108 的一段材料可具有多邊形或橢圓形橫截面。例如，在一實施例中，彈簧 108 可以由圓形線材形成。在另一實施例中，彈簧 108 可由纏繞成複數個線圈的材料帶形成。彈簧 108 之線圈可以彼此相鄰或甚至彼此部分重疊。在特定情況下，線圈可彼此平行。在另一情況下，線圈可相對於彼此傾斜。即，線圈可相對於彼此成角度地偏移和成角度。

在鬆弛狀態下，彈簧 108 可具有大致圓形的橫截面。即，彈簧 108 可以為螺旋彈簧，如上所描述。在其他實施例中，彈簧 108 可限定大致多邊形的橫截面輪廓。在更具體的實施例中，彈簧 108 可具有大致 T 形的橫截面輪廓。在另一實施例中，彈簧 108 可具有橢圓形橫截面。例如，在未示出的實施例中，彈簧 108 可具有卵形或圓形橫截面輪廓。在又一實施例中，彈簧 108 之橫截面可以呈部分橢圓形和部分多邊形。即，彈簧 108 之橫截面可具有直線形部分和弓形部分。形成彈簧 108 之線圈的線材之橫截面可呈矩形、正方形、圓形、橢圓形或梯形。形成彈簧 108 之線圈的線材可以介於 0.025 mm 與 25.4 mm 之間的間距扭轉。形成彈簧 108 之線圈的線材可具有介於 0.025 mm 與 25.4 mm 之間的線材直徑。形成彈簧 108 之線圈的線材可具有介於 0.05 mm 與 40,000 mm 之間的彈簧直徑。

在一實施例中，彈簧 108 可以圍繞密封件 100 之整個圓周延伸。在更具體的實施例中，彈簧 108 可具有圍繞密封件 100 之整個圓周的均勻形狀和材料特性。在另一更具體的實施例中，彈簧 108 可具有圍繞密封件 100 之圓周的變化的形狀或材料選擇。在另一實施例中，彈簧 108 可僅圍繞密封件 100 之一部分圓周延伸。在更具體的實施例中，彈簧 108 可包括至少部分地彼此間隔開的複數個彈簧 108。在此類實施例中，相鄰的彈簧 108 之間可存在圓周空間。

彈簧 108 可至少部分地包含或甚至基本上由金屬 (諸如鋼或甚至更具體地彈簧鋼) 組成。可以對金屬進行塗覆或表面處理，以防止環境暴露所造成的腐蝕或其他不良影響。在另一實施例中，彈簧 108 可至少部分地包含或甚至基本上由例如 Eligloy、Inconel、Hastelloy 或其組合組成。

在又一實施例中，彈簧 108 可包含鈷、鉻、鎳、鐵、鉬、錳、鈹銅或其組合。在特定實施例中，彈簧 108 可包含至少 10 重量 % 的鈷，諸如至少 20 重量 % 的鈷、至少 25 重量 % 的鈷、至少 30 重量 % 的鈷、至少 35 重量 % 的鈷、或甚至至少 40 重量 % 的鈷。彈簧 108 可具有小於 1200 Mpa，諸如小於 1100 Mpa，小於 1000 Mpa，或甚至小於 900 Mpa 的降伏強度。在特定情況下，可以對彈簧 108 進行熱處理或表面處理，以增強其屬性。

彈簧 108 可提供針對護套 102 之偏置力。具體而言，彈簧 108 可接觸第一唇 112 或第二唇 114 中之至少一者並提供針對其的向外徑向偏置力。在特定實施例中，彈簧 108 針對唇 112、114 的偏置力可以為至少 0.001 N/mm ²，諸如至少 0.01 N/mm ²。在另一實施例中，偏置力可小於 1000 N/mm ²，諸如小於 500 N/mm ²、小於 400 N/mm ²、小於 300 N/mm ²、小於 200 N/mm ²、小於 100 N /mm ²、小於 50 N/mm ²、小於 25 N/mm ²、或甚至小於 10 N/mm ²。在許多實施例中，針對第一唇 112 的徑向偏置力可與針對第二唇 114 的徑向偏置力不同，如下文所進一步詳細描述。

在諸如在高壓應用中表現出的軸向加載條件下，彈簧 108 可從卸載位置變形到加載位置。在一實施例中，彈簧 108 可具有如在鬆弛狀態下所測量的卸載內徑 D _U和如在工作狀態下所測量的最小加載內徑 D _L，這些內徑彼此不同。在特定實施例中，D _U/D _L可為至少 1.01，諸如至少 1.05、至少 1.1、至少 1.15、至少 1.2、或甚至至少 1.25。在另一特定實施例中，D _U/D _L可為不大於 10.0，諸如不大於 5.0、不大於 4.0、不大於 3.0、不大於 2.0、不大於 1.75、不大於 1.5 或甚至不大於 1.3。由於 D _U/D _L限定彈簧偏轉比率，D _U/D _L可利用插入件 122 之調節、形狀或材料選擇或甚至彈簧 108 之形狀、設計或材料選擇進行調節。

如圖 1A 所示，護套 102 可包括鄰近環形凹部 106 設置的插入件 122。插入件 122 可沿著、鄰近或直接鄰近環形凹部 106 的徑向唇 112、114 中之至少一者設置。在一實施例中，插入件 122 可沿著、鄰近或直接鄰近第一唇 112 設置。在一實施例中，插入件 122 可沿著第二唇 114 設置。具體而言，插入件 122 可形成環形凹部 106 之表面。

在特定情況下，插入件 122 可至少部分地包括或甚至基本上由 UHMWPE 或氟聚合物 (諸如 PTFE) 或材料 (諸如 PEEK) 組成。插入件 122 可至少部分地包括或甚至基本上由金屬 (諸如剛) 組成。

在一實施例中，插入件 122 可以圍繞密封件 100 之整個圓周延伸。在更具體的實施例中，插入件 122 可具有圍繞密封件 100 之整個圓周的均勻形狀和材料特性。在另一更具體的實施例中，插入件 122 可具有圍繞密封件 100 之圓周的變化的形狀或材料選擇。在另一實施例中，插入件 122 可僅圍繞密封件 100 之一部分圓周延伸。在更具體的實施例中，插入件 122 可包括至少部分地彼此間隔開的複數個插入件 122。在此類實施例中，相鄰的插入件 122 之間可存在圓周空間。

在一實施例中，插入件 122 可具有大致多邊形的橫截面。例如，插入件 122 可具有大致三角形的橫截面、大體四邊形的橫截面、大致五邊形的橫截面或包括大致筆直的側壁段的任何橫截面。在另一實施例中，插入件 122 可具有大致橢圓形的橫截面。在又一實施例中，插入件 122 可具有部分多邊形和部分橢圓形的橫截面輪廓。即，插入件 122 可具有帶有弓形部分和筆直部分的橫截面。在特定情況下，插入件 122 之橫截面輪廓可圍繞插入件 122 之圓周呈均勻狀。在另一特定情況下，插入件 122 之橫截面輪廓可能圍繞插入件 122 之圓周呈不恆定狀。例如，插入件 122 可具有在第一圓周位置處的第一橫截面輪廓和在第二圓周位置處的第二橫截面輪廓，其中第一橫截面輪廓和第二橫截面輪廓彼此不同。這在預期特定壓力或不均勻壓力的應用中可以是有利的。

插入件 122 可具有如由插入件 122 在相對於密封件 122 的徑向方向上的寬度與插入件 122 在相對於密封件 100 的軸向方向上的高度 H _I之比或寬度/高度定義的長寬比。在一實施例中，插入件 122 之寬度/高度可不大於 1.0，諸如不大於 0.9、不大於 0.8、不大於 0.7、不大於 0.6、不大於 0.5、不大於 0.4、不大於 0.3、不大於 0.25、不大於 0.2、或甚至不大於 0.15。在另一實施例中，插入件 122 之寬度/高度可不小於 0.001，諸如不小於 0.01、或甚至不小於 0.1。

插入件 122 可如在橫截面中所見呈弓形。在一些實施例中，插入件 122 可如在橫截面中所見呈直線形或平面狀。如圖 1A 所示，插入件 122 可以接觸護套 102 之唇 112、114 中之至少一者。在一實施例中，插入件 122 可在軸向方向上基本上接觸唇 112、114 中之至少一者的全部。在一實施例中，插入件 122 可接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者。如圖 1A 所示，插入件 122 可基本上接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者的全部。插入件 122 可包括插入件凸緣 125，該插入件凸緣接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者。插入件 122 可接觸護套 102 之唇 112、114 的環形凸緣 121、123 中之至少一者的內軸向邊緣。插入件凸緣 125 可具有插入件之高度的至少 5%，諸如至少 7%，諸如至少 10%，諸如至少 15%，或諸如至少 20% 的高度。

根據特定實施例，當處於鬆弛狀態時，插入件 122 可與彈簧 108 及/或護套 102 間隔開。因此，在一實施例中，環形凹部 106 可包括位於插入件 122 與彈簧 108 之間的空隙 145。空隙 145 之容積可以為環形凹部 106 之容積的至少 5%，諸如至少 10%，諸如至少 15%，諸如至少 20%，或諸如至少25%。在另一實施例中，空隙 145 之容積可小於環形凹部 106 之容積的 50%，諸如小於 45%、小於 40%、小於 30%、小於 25%、小於 20%、小於 15%、小於10%、或甚至小於 5%。

插入件 122 可提供針對護套 102 之偏置力。具體而言，插入件 122 可接觸第一唇 112 或第二唇 114 中之至少一者並提供針對其的向外徑向偏置力。在特定實施例中，插入件 112 針對唇 112、114 的偏置力可以為至少 0.001 N/mm ²，諸如至少 0.01 N/mm ²。在另一實施例中，偏置力可小於 1000 N/mm ²，諸如小於 500 N/mm ²、小於 400 N/mm ²、小於 300 N/mm ²、小於 200 N/mm ²、小於 100 N /mm ²、小於 50 N/mm ²、小於 25 N/mm ²、或甚至小於 10 N/mm ²。

在又一實施例中，插入件 122 可在護套 102 之環形凹部 106 內相對於彈簧 108 隔開地佈置。舉例而言，插入件 122 之高度可小於彈簧 108 之內表面之直徑的 100%，諸如小於直徑的 99%、小於直徑的 98%、小於直徑的 97%、小於直徑的 96%、小於直徑的 95%、或甚至小於直徑的 90%。在另一實施例中，插入件 122 之高度可不小於內表面之直徑的 10%，諸如不小於直徑的 25%、或甚至不小於直徑的 50%。

根據特定實施例，當處於鬆弛狀態時，插入件 122 可漂浮在護套 102 內。即，插入件 122 可相對於彈簧 108 和/或護套 102 之表面間隔開。在非常特定的實施例中，一個或多個元件可將插入件 122 連接到彈簧 108。

圖 1B 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。圖 1B 的部件可與上文在圖 1A 中描述的那些相同。參閱圖 1B，插入件 122 可如插入件 122 包括第二軸向定向的彈簧 108'。第二彈簧 108' 可在如上所描述的形狀、大小、材料或物理特性上類似於第一彈簧 108。第二彈簧 108' 可在如上所描述的形狀、大小、材料或物理特性上與第一彈簧 108 不同。即，彈簧 108、108' 可以彼此不同。然而，第一彈簧 108 或第二彈簧 108' 可包括上文相對於彈簧 108 描述的任何特徵。例如，第一彈簧 108 或第二彈簧 108' 可至少部分地包括或甚至基本上由例如 Elgiloy、Inconel、Hastelloy、鋼或其組合組成。

圖 1C 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。圖 1C 的部件可與上文在圖 1A 至圖 1B 中描述的那些相同。參閱圖 1C，插入件 122 可如插入件 122 包括第二軸向定向的彈簧 108'。第二彈簧 108' 可在如上所描述的形狀、大小、材料或物理特性上類似於第一彈簧 108。第二彈簧 108' 可在如上所描述的形狀、大小、材料或物理特性上與第一彈簧 108 不同。即，彈簧 108、108' 可以彼此不同。然而，第一彈簧 108 或第二彈簧 108' 可包括上文相對於彈簧 108 描述的任何特徵。例如，第一彈簧 108 或第二彈簧 108' 可至少部分地包括或甚至基本上由例如 Elgiloy、Inconel、Hastelloy、鋼或其組合組成。此外，唇 112、114 之長度可在軸向上不同，在徑向密封件或端面型密封件中示出一唇 112 相對於另一唇 114 的偏移。這可以最小化密封件 100 沿長度的徑向截面或自由高度。唇之間的間隙可改善組件內的運動。此外，這可以允許使用較小直徑的彈簧。

圖 1D 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。圖 1D 的部件可與上文在圖 1C 中描述的那些相同。參閱圖 1D，彈簧 108 可以為同時抵靠兩個密封唇 112、114 設置的單個錐形或蝸形彈簧。錐形或蝸形彈簧 108 可包括接觸第一唇 112 的第一部分、接觸第二唇 114 的第二部分以及連接第一部分 108 和第二部分 108 的連接部分。錐形或蝸形彈簧 108 可以呈凹形或凸形。彈簧 108 可至少部分地包括或甚至基本上由例如 Elgiloy、Inconel、Hastelloy、鋼或其組合組成。此外，唇 112、114 之長度可在軸向上不同，在徑向密封件或端面型密封件中示出一唇 112 相對於另一唇 114 的偏移。這可以最小化密封件 100 沿長度的徑向截面或自由高度。此外，唇之間的間隙可改善組件內的運動。此外，這可以允許使用較小直徑的彈簧。最後，這可以最小化整體部件並改進組件。

圖 2 包括根據一實施例的位於密封組件內的密封件之橫截面透視圖。如圖 2 所示，密封件 200 可以在密封組件 2000 內向下沿中心軸線 3000 徑向地放置在第一構件 202 與第二構件 204 之間。第一構件 202 可為軸。第二構件 204 可為殼體。第一構件 202 或第二構件 204 中之至少一者可相對於密封件 200 或第一構件 202 或第二構件 204 中之另一者中的至少一者而致動。致動可以為旋轉運動、徑向運動或軸向運動。圖 2 的密封件 200 之部件可與在圖 1A 至圖 1B 中描述的那些相同。在一實施例中，第一唇212或第二唇214中的至少一者可以係靜態的，而第一唇212或第二唇214中的另一者在密封組件內可以係動態的。這可能對密封件 200 造成非期望之壓力。此外，第一構件 202 可由具有與第二構件 204 不同的膨脹係數的材料製成，或者反過來。這可能對密封件 200 造成非期望之壓力。

密封件 100 可形成可用於雙向壓力應用的組件。密封件 100 可被定向並防止流體在向前的軸向方向上洩漏，或者密封件 100 可被定向並防止流體在向下沿著中心軸線 300 的向後軸向方向上洩漏。密封件 100 可被定向並防止流體在向內徑向方向上洩漏，或者密封件 100 可被定向並防止流體在垂直於中心軸線 300 的方向上的向外徑向方向上洩漏。就這一點而言，密封件 100 可被選擇為具有允許在那些特定取向上有效的密封的具體特性。密封件 100 可被部署為徑向密封件、軸向密封件或端面密封件。特別合適的應用包括低溫閥、活塞、海底雙向接頭和其他需要在其之間進行密封的可移動部件。

根據本文實施例描述的密封件可允許密封件之部件具有較長的壽命，這是由於適當放置的力減少了由於組件內的密封件或其他部件的振動或致動引起的單個部件 (例如彈簧、護套) 的重複壓縮和受壓。因此，可以提高部件和密封件本身的壽命。

許多不同態樣及實施例係可行的。一些該等態樣及實施例已於本文中描述。在閱讀本說明書之後，熟習本技術者將理解該等態樣及實施例僅係說明性，且並不限制本發明的範圍。實施例可根據如下列項之任何一或多者。

實施例 1：一種密封件，該密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；其中，第一唇上的徑向偏置力與第二唇上的徑向偏置力解耦。

實施例 2：一種密封組件，該密封組件包括：第一構件；第二構件；以及密封件，該密封件徑向設置在第一構件與第二構件之間，密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；其中，第一唇上的徑向偏置力與第二唇上的徑向偏置力解耦。

實施例 3：一種密封件，該密封件包括：環形護套，該環形護套包括主體，該主體包括限定環形凹部的第一唇和第二唇；軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧鄰近第一唇和第二唇中之一者設置在環形凹部內；以及插入件，該插入件鄰近第一唇和第二唇中之另一者設置在環形凹部內。

實施例 4：如實施例 1 至 2 中任一項之密封件或密封組件，其中密封件進一步包括插入件，該插入件鄰近第一唇和第二唇中之另一者設置在環形凹部內。

實施例 5：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧提供針對第一唇或第二唇的介於 0.1 N/mm 與 1000 N/mm 之間的徑向偏置力。

實施例 6：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中插入件提供針對第一唇或第二唇的介於 0.1 N/mm 與 1000 N/mm 之間的徑向偏置力。

實施例 7：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中針對第一唇的徑向偏置力與針對第二唇的徑向偏置力不同。

實施例 8：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中第一唇或第二唇中之至少一者在密封組件內係靜態的。

實施例 9：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中第一唇或第二唇中之至少一者在密封組件內係動態的。

實施例 10：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中第一構件具有比第二構件高的膨脹係數。

實施例 11：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中第一唇徑向地位於第二唇之外部。

實施例 12：如實施例 11 之密封件或密封組件，其中插入件直接鄰近第二唇設置。

實施例 13：如實施例 1 之密封件或密封組件，其中插入件直接鄰近第一唇設置。

實施例 14：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中插入件包含金屬。

實施例 15：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧包含金屬。

實施例 16：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中插入件包含聚合物。

實施例 17：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧包含聚合物。

實施例 18：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中護套包含金屬。

實施例 19：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中護套包含聚合物。

實施例 20：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中第一唇或第二唇中之至少一者包括徑向定向的凸緣。

實施例 21：如實施例 20 之密封件或密封組件，其中插入件接觸第一唇或第二唇的徑向定向的凸緣之徑向邊緣。

實施例 22：如實施例 20 之密封件或密封組件，其中彈簧接觸第一唇或第二唇的徑向定向的凸緣之內軸向邊緣。

實施例 23：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中環形凹部包括位於彈簧與插入件之間的空隙。

實施例 24：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧以介於 0.025 mm 與 25.4 mm 之間的間距扭轉。

實施例 25：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧具有介於 0.025 mm 與 25.4 mm 之間的線材直徑。

實施例 26：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧具有介於 0.05 mm 與 40,000 mm 之間的彈簧直徑。

實施例 27：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧具有矩形、正方形或梯形橫截面的線材。

實施例 28：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧具有圓形橫截面的線材。

實施例 29：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中密封件具有介於 0.254 mm 與 25,000 mm 之間的內徑。

實施例 30：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中密封件具有介於 0.5 mm 與 40,000 mm 之間的外徑。

實施例 31：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中密封件具有介於 0.24 mm 與 40,000 mm 之間的高U盾。

實施例 32：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中插入件包括第二彈簧。

實施例 33：如前述實施例中任一項之密封件或密封組件，其中彈簧為錐形彈簧或蝸形彈簧。

請注意，並非上文一般說明或實例中所述的所有特徵均係需要，可能並不需要特定特徵的一部分，並且除了所述者之外的一或多種特徵可予提供。又進一步地，所列出的特徵之順序不一定是它們的執行順序。

為清楚起見，本文在單獨的實施例的上下文中描述的某些特徵，也可以在單個實施方案中組合提供。相反，為簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵亦可單獨提供或以任何次組合來提供。

益處、其他優點及問題之解決方案已針對特定實施例描述如上。然而，這些益處、優點、問題之解決方案以及可造成任何益處、優點、問題之解決方案發生或變得更加顯著之任何特徵不應被解釋為任何或所有申請專利範圍之關鍵、所需或必要特徵。

說明書及本文中所述之實施例的描繪係意欲提供各種實施例之結構的一般瞭解。說明書和描繪並非意欲用作使用本文中所述之結構或方法的裝置和系統之所有元件和特徵之詳盡和全面的描述。單獨的實施例亦可在單一實施例中組合提供，並且相反地，為了簡潔起見，在單一實施例的上下文中所述的各種特徵亦可單獨提供或以任何次組合來提供。進一步地，引用範圍中所述的值包括該範圍內的各個及每個值。只有在閱讀本說明書之後，許多其他實施例對於熟習本技術領域者才是清楚易見的。其他實施例可予使用並衍生自本揭示，使得結構性取代、邏輯性取代或另外的改變可在不脫離本揭示的範圍下進行。據此，本揭示應被視為說明性的而非限制性的。

100、200:密封件 102:護套 104:主體 106:環形凹部 108 :彈簧 112、212:第一唇 114、214:第二唇 116:跟部 121、123:凸緣 122:插入件 115:徑向凸起 125:插入件凸緣 145:空隙 2000:密封組件 202:第一構件 204:第二構件

實施例係藉由實例描繪且不應受限於附圖。 圖 1A 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。 圖 1B 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。 圖 1C 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。 圖 1D 包括根據一實施例的密封件之橫截面透視圖。 圖 2 包括根據一實施例的密封組件之橫截面透視圖。 熟習技術者理解圖式中的元件是為簡化和清楚明確而描繪且不一定按比例繪製。例如，圖式中的某些元件的尺寸可能相對於其他元件被放大，以幫助改善對本發明的實施例的理解。

100、200:密封件

102:護套

104:主體

106:環形凹部

108:彈簧

112:第一唇

114:第二唇

116:跟部

121、123:凸緣

122:插入件

115:徑向凸起

125:插入件凸緣

145:空隙

Claims (10)

1. 一種密封件，該密封件包括： 一環形護套，該環形護套包括一主體，該主體包括限定一環形凹部的一第一唇和一第二唇； 一軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之一者在該環形凹部內；其中該第一唇上的徑向偏置力與該第二唇上的徑向偏置力解耦。
2. 一種密封組件，該密封組件包括： 一第一構件； 一第二構件；以及 一密封件，該密封件徑向設置在該第一構件和該第二構件之間，該密封件包括： 一環形護套，該環形護套包括一主體，該主體包括限定一環形凹部的第一唇和第二唇； 一軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之一者在該環形凹部內；其中該第一唇上的徑向偏置力與該第二唇上的徑向偏置力解耦。
3. 一種密封件，該密封件包括： 一環形護套，該環形護套包括一主體，該主體包括限定一環形凹部的一第一唇和一第二唇； 一軸向定向的彈簧，該軸向定向的彈簧經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之一者在該環形凹部內；以及 一插入件，該插入件經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之另一者設置在該環形凹部內。
4. 如請求項 1 至請求項  2 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該密封件進一步包括一插入件，該插入件經設置鄰近該第一唇和該第二唇中之另一者在該環形凹部內。
5. 如請求項 1 至請求項  3 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇或該第二唇中之至少一者在該密封組件內是靜態的。
6. 如請求項 1 至 請求項 3 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇或該第二唇中之至少一者在該密封組件內是動態的。
7. 如請求項 1 之密封件或密封組件，其中該插入件經設置緊鄰該第一唇。
8. 如請求項 1 至 請求項 3 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該第一唇或該第二唇中之至少一者包括一徑向定向的凸緣。
9. 如請求項 1 至請求項  3 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該環形凹部包括位於該彈簧和該插入件之間的一空隙。
10. 如請求項 1 至請求項  3 中任一項所述之密封件或密封組件，其中該插入件包括一第二彈簧。

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